| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2007년 가을 (11/02 ~ 11/02, 성균관대학교) |
| 권호 | 13권 2호 |
| 발표분야 | 반도체재료 |
| 제목 | Low-temperature epitaxial Ge layer growth on Si(100) substrate |
| 초록 | Si wafer 위에 성장한 Ge 은 Si 기반의 기술과의 호환성과 근적외선 파장에서의 높은 흡수율로 인해 기존의 화합물 반도체를 이용한 근적외선 광검출기를 대체할 물질로 각광받고 있다. 하지만 Ge 과 Si 의 4% 에 이르는 격자 상수 차이에 의해, 고품질의 Ge 층을 성장시키는 데에는 많은 문제점이 있다. 이를 극복하기 위하여 최근 저온 성장한 Ge 층을 완충층으로 사용하여 그 위에 고온에서 고품질의 Ge 활성층을 성장하는 two-step 성장방법이 대두되었다. 이 방법을 사용하여 얇은 완충막을 이용한 낮은 표면 거칠기와 전위밀도를 갖는 Ge 에피막의 성장이 가능하다. 이러한 two-step 성장은 완충층의 품질에 따라 고온 활성층의 품질이 결정될 것으로 보이며 이번 연구에서는 Ge 성장온도와 압력을 조절하여 성장 거동을 이해하고, 이를 바탕으로 two-step 성장에 이용가능한 최적의 저온 완충층을 성장하였다. Ge 박막은 초고진공화학기상증착법을 이용하여 성장하였으며 성장온도는 300 ~ 500 oC , 성장압력은 0.34 mTorr, 1.7 mTorr, 3.4 mTorr, 17 mTorr로 변화를 주어 실험을 진행하였다. 성장 초기에 Ge 은 Si 과의 격자상수 차이에 의하여 아일랜드 형태의 성장을 보이고, 원자현미경과 주사전자현미경을 이용하여 표면과 단면을 관찰한 결과, 성장온도가 높아짐에 따라 아일랜드 직경과 높이가 증가하고, 밀도가 지수함수적으로 감소하는 것을 관찰 할 수 있다. 300 oC 에서 성장하였을 경우 아일랜드의 형성이 보이지 않고, 이차원적인 성장이 이루어졌다. 원자현미경으로 관찰한 RMS 거칠기는 2.35 nm로 아일랜드가 존재할 때에 비하여 크게 낮아진 것을 볼 수 있으며, threading 전위와 아일랜드의 병합에 의한 pit 을 제외하면 그 값이 더 작아진다. 이는 온도 감소에 따른 표면에서의 원자의 이동도 저하에 의하여 여러 곳에서 핵생성이 일어나기 때문이며, 300 ℃의 저온에서는 다량의 아일랜드의 병합에 의하여 얇은 두께에서도 2차원적인 성장이 가능하였다. 또한 300 oC 로 성장온도를 고정하고 0.34 mTorr ~ 17 mTorr 로 성장 압력을 변화시켜가며 진행한 실험에서 성장압력이 증가할수록 RMS 거칠기가 줄어들다가 일정 압력 이상에서 다시 늘어나는 결과를 얻었으며 1.7 mTorr에서 가장 평평한 막을 얻을 수 있었다. 따라서 300 oC의 저온에서 성장 압력을 조절함으로써 최적화된 Ge 완충층의 성장이 가능할 것임을 알 수 있었다. |
| 저자 | 신건욱, 김현우, 윤의준 |
| 소속 | 서울대 |
| 키워드 | Germanium; ultrahigh vacuum chemical vapor deposition |
